EUV光刻技术，新突破！

极紫外光刻技术是制造先进半导体器件的关键，但其持续微缩带来了一个棘手的材料难题。光刻胶必须同时满足高分辨率、低曝光剂量、有限的线边缘或线宽粗糙度以及极低的缺陷率。这些要求往往相互矛盾：降低极紫外光刻剂量可以提高扫描仪的吞吐量，但由于参与形成每个特征的光子数量减少，随机性波动也会增加。Achintya Kundu 及其同事在 SPIE 会议上发表的论文“利用干法沉积底层大幅降低极紫外光刻剂量，同时保持粗糙度并最大限度地减少缺陷”探讨了通过对光刻胶下方的底层进行工程设计是否可以改善这种平衡。

底层是位于晶圆衬底和极紫外光刻胶之间的一层薄膜。虽然它并不直接定义印刷图案，但其物理和化学性质会影响光刻胶的附着力、电子产生、能量转移、显影行为和图案稳定性。传统的底层通常采用湿法旋涂工艺沉积。然而，干法沉积薄膜可以更好地控制厚度和成分，同时避免使用溶剂以及液体涂覆带来的一些可变性。此外，它也可能更容易集成到高数值孔径极紫外光刻所需的越来越薄的光刻胶堆叠层中。

研究人员研究了一种与金属氧化物光刻胶配合使用的干法沉积有机底层。金属氧化物光刻胶因其无机成分能高效吸收极紫外（EUV）辐射并在等离子体刻蚀过程中提供强大的抗蚀性而备受青睐。然而，它们可能需要相对较高的曝光剂量，并且容易出现随机缺陷、粗糙度和图案坍塌等问题。因此，该干法底层的目的不仅仅是为光刻胶提供机械支撑，而是旨在改善光刻胶-衬底界面，从而更有效地利用曝光过程中传递的能量。

该研究最重要的成果是大幅降低了打印目标尺寸所需的剂量。相关报告显示，当该底层平台与金属氧化物光刻胶结合使用时，所需的极紫外光刻剂量降低了约33%。这种改进具有重要的工业意义，因为极紫外光刻曝光剂量与扫描仪的吞吐量密切相关。如果光刻胶能够以更低的入射能量达到所需的关键尺寸，则在给定时间内可以曝光更多的晶圆，从而提高生产效率并降低每个图案层的成本。

然而，如果剂量降低导致无法接受的粗糙度，那么单纯的剂量降低就称不上是有效的进步。在低光子计数下，统计波动会导致光刻胶反应的变化，并形成不规则的特征边界。因此，作者在评估灵敏度的同时，也评估了粗糙度。他们的结果表明，即使剂量尺寸比降低，干法沉积的底层也能保持良好的粗糙度性能。这表明，灵敏度的提高并非仅仅是通过降低成像阈值直至出现噪声较大、轮廓模糊的图案来实现的。相反，底层在保持图案质量的同时，改善了材料堆叠的整体响应。

缺陷率是另一个核心考量因素。EUV光刻图案可能包含缺失或合并的特征、线间桥接、断点、微桥接，或由随机波动和光刻胶工艺相互作用引起的局部缺陷。由于现代集成电路包含数量庞大的特征，即使看似很小的缺陷概率也可能不可接受。因此，本研究考虑了整个可用曝光范围内的缺陷，而不仅仅依赖于平均关键尺寸测量值。干燥的底层最大限度地减少了观察到的缺陷，并有助于保持实用的工艺窗口，这表明提高灵敏度并不一定意味着会增加缺陷率。

多种机制可能导致这种现象。底层可以改变极紫外光子与材料堆叠相互作用时产生的二次电子的生成和传输。这些电子参与决定光刻胶溶解度的化学转化。薄膜还可以影响界面能、粘附性和显影动力学。因此，化学和物理性质均匀的干法沉积表面可以促进光刻胶底部更一致的反应，减少局部差异，并有助于在薄膜中形成精确的图案。

总体而言，本文表明，EUV光刻性能的优化应在堆叠层级进行，而非将光刻胶视为孤立材料。精心设计的干法沉积底层可以降低曝光需求，同时保持表面粗糙度并抑制缺陷——这三点对于实现商业化应用至关重要。该方法尤其适用于高数值孔径（NA）EUV光刻，因为更薄的薄膜、更小的特征尺寸、更小的景深和更严格的缺陷限制使得界面控制变得日益重要。因此，这项工作表明，底层工程是未来半导体节点实现更快、更经济、更可靠的制造工艺的一条有前景的途径。

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